SOI工藝的廣泛應(yīng)用

絕緣體上硅（SOI）硅片由頂層硅膜、埋氧層和硅襯底三部分組成。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，體硅襯底CMOS集成電路面臨著諸多挑戰(zhàn)，如寄生閂鎖效應(yīng)（Latch-Up Effect）、短溝道效應(yīng)、泄漏電流增大、閾值電壓漂移、寄生電容增大等，SOI集成電路則可減少上述困擾。SOI集成電路可以實現(xiàn)集成電路中器件之間更有效的介質(zhì)隔離，并徹底消除體硅襯底CMOS電路中的寄生閂鎖效應(yīng)，同時降低寄生電容和RC延遲，提高電路操作速度，減少光掩模版數(shù)量，減緩短溝道效應(yīng)，降低功耗。

根據(jù)器件工作時溝道區(qū)域是否存在中性區(qū)，將SOI器件分為部分耗盡型SOI（Partially Depleted SOI，PD- SOI）器件及全耗盡型SOI（Fully Depleted SOI， FD-SOI）器件兩種類型，如圖6-6所示。FD- SDI器件的頂層硅膜較薄，導(dǎo)通狀態(tài)下硅膜處于完全耗盡狀態(tài)，消除了中性體區(qū)引起的翹曲效應(yīng)（Kink Effect）和寄生n-p-n管效應(yīng)。同時，超薄的頂層硅膜使柵極對溝道控制能力得到提高，亞閾值擺幅得到改善，因此FD-SOI器件具有良好的短溝道特性。

有分析認為，從28nm/20nm節(jié)點開始，基于體硅CMOS和FinFET工藝的集成電路主流技術(shù)的單個晶體管的成本出現(xiàn)不降反升的局面。而作為FD-SOI技術(shù)的主要支持者（如IBM、意法半導(dǎo)體、格芯等）認為，在先進節(jié)點上，F(xiàn)D- SOI技術(shù)將更具備競爭優(yōu)勢。FD- SOI技術(shù)可延續(xù)平面CMOS器件的微縮進程。此外，也有一些公司和科研機構(gòu)正在研究FD- SOI FinFET工藝，如圖6-7所示。

相對于體硅FinFET，F(xiàn)D-SOI因目前仍然采用平面架構(gòu)，其工藝實現(xiàn)難度及制造成本相對較低。雖然在SOI襯底上制備集成電路的工藝相對簡單，但其原材料成本較高，限制了SOI工藝的廣泛應(yīng)用。除了介個因素，F(xiàn)D- SOI的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境也是制約其發(fā)展的重要因素，模擬仿真軟件、設(shè)計IP、設(shè)計工具尚不及普通體硅技術(shù)健全，因此FD- SOI目前主要應(yīng)用于低功耗、低漏電等領(lǐng)域。